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【转载】PyTorch系列 (二): pytorch数据读取

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marsggbo
发布2019-03-08 16:40:41
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发布2019-03-08 16:40:41
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PyTorch 1: How to use data in pytorch

文章首发于:WangW Blog,转载请注明出处。 Pytorch系列:

参考:

  1. PyTorch documentation
  2. PyTorch 码源

本文首先介绍了有关预处理包的源码,接着介绍了在数据处理中的具体应用; 其主要目录如下:

1 PyTorch数据预处理以及源码分析 (torch.utils.data)

torch.utils.data脚本码源

1.1 Dataset

Dataset

1
class torch.utils.data.Dataset

表示Dataset的抽象类。所有其他数据集都应该进行子类化。 所有子类应该override__len____getitem__,前者提供了数据集的大小,后者支持整数索引,范围从0到len(self)。

class Dataset(object):
	# 强制所有的子类override getitem和len两个函数,否则就抛出错误;
	# 输入数据索引,输出为索引指向的数据以及标签;
	def __getitem__(self, index):
		raise NotImplementedError
	
	# 输出数据的长度
	def __len__(self):
		raise NotImplementedError
		
	def __add__(self, other):
		return ConcatDataset([self, other])

TensorDataset

class torch.utils.data.TensorDataset(*tensors)

Dataset的子类。包装tensors数据集;输入输出都是元组; 通过沿着第一个维度索引一个张量来回复每个样本。 个人感觉比较适用于数字类型的数据集,比如线性回归等。

class TensorDataset(Dataset):
	def __init__(self, *tensor):
		assert all(tensors[0].size(0) == tensor.size(0) for tensor in tensors)
		self.tensors = tensors
		
	def __getitem__(self, index):
		return tuple(tensor[index] for tensor in tensors
		
	def __len__(self):
		return self.tensors[0].size(0)

ConcatDateset

class torch.utils.data.ConcatDateset(datasets)

连接多个数据集。 目的:组合不同的数据集,可能是大规模数据集,因为连续操作是随意连接的。 datasets的参数:要连接的数据集列表 datasets的样式:iterable

class ConcatDataset(Dataset):
	@staticmethod
	def cumsum(sequence):
		# sequence是一个列表,e.g. [[1,2,3], [a,b], [4,h]]
		# return 一个数据大小列表,[3, 5, 7], 明显看的出来包含数据多少,第一个代表第一个数据的大小,第二个代表第一个+第二数据的大小,最后代表所有的数据大学;
	...
	def __getitem__(self, idx):
		# 主要是这个函数,通过bisect的类实现了任意索引数据的输出;
		dataset_idx = bisect.bisect_right(self.cumulative_size, idx)
		if dataset_idx == 0:
			sample_idx == idx
		else:
			sample_idx = idx - self.cumulative_sizes[dataset_idx -1]
		return self.datasets[dataset_idx][sample_idx]
	...

Subset

class torch.utils.data.Subset(dataset, indices)

选取特殊索引下的数据子集; dataset:数据集; indices:想要选取的数据的索引;

random_split

class torch.utils.data.random_split(dataset, lengths):

随机不重复分割数据集; dataset:要被分割的数据集 lengths:长度列表,e.g. 7, 3, 保证7+3=len(dataset)

1.2 DataLoader

DataLoader

class torch.utils.data.DataLoader(dataset, batch_size=1, shuffle=False, sampler=None, batch_sampler=None, num_workers=0, collate_fn=<function default_collate>, pin_memory=False, drop_last=False, timeout=0, worker_init_fn=None)

数据加载器。 组合数据集和采样器,并在数据集上提供单进程或多进程迭代器。 参数:

  • dataset (Dataset) - 从中加载数据的数据集。
  • batch_size (int, optional) - 批训练的数据个数。
  • shuffle (bool, optional) - 是否打乱数据集(一般打乱较好)。
  • sampler (Sampler, optional) - 定义从数据集中提取样本的策略。如果指定,则忽略shuffle参数。
  • batch_sampler (Sample, optional) - 和sampler类似,返回批中的索引。
  • num_workers (int, optional) - 用于数据加载的子进程数。
  • collate_fn (callable, optional) - 合并样本列表以形成小批量。
  • pin_memory (bool, optional) - 如果为True,数据加载器在返回去将张量复制到CUDA固定内存中。
  • drop_last (bool, optional) - 如果数据集大小不能被batch_size整除, 设置为True可以删除最后一个不完整的批处理。
  • timeout (numeric, optional) - 正数,收集数据的超时值。
  • worker_init_fn (callabel, optional) - If not None, this will be called on each worker subprocess with the worker id (an int in [0, num_workers - 1]) as input, after seeding and before data loading. (default: None)

特别重要:DataLoader中是不断调用DataLoaderIter

DataLoaderIter

class _DataLoaderIter(loader)

从DataLoader’s数据中迭代一次。其上面DataLoader功能都在这里; 插个眼,有空在分析这个

1.3 sampler

Sampler

class torch.utils.data.sampler.Sampler(data_source)

所有采样器的基础类; 每个采样器子类必须提供一个__iter__方法,提供一种迭代数据集元素的索引的方法,以及返回迭代器长度__len__方法。

class Sampler(object):
	def __init__(self, data_source):
		pass
		
	def __iter__(self):
		raise NotImplementedError
		
	def __len__(self):
		raise NotImplementedError

SequentialSampler

class torch.utils.data.SequentialSampler(data_source)

样本元素顺序排列,始终以相同的顺序。 参数:-data_source (Dataset) - 采样的数据

RandomSampler

class torch.utils.data.RandomSampler(data_source, replacement=False, num_samples=None)

样本随机排列,如果没有Replacement,将会从打乱的数据采样,否则,。。 参数:

  • data_source (Dataset) - 采样数据
  • num_samples (int) - 采样数据大小,默认是全部。
  • replacement (bool) - 是否放回

SubsetRandomSampler

class torch.utils.data.SubsetRandomSampler(indices)

从给出的索引中随机采样,without replacement。 参数:

  • indices (sequence) - 索引序列。

BatchSampler

class torch.utils.data.BatchSampler(sampler, batch_size, drop_last)

将采样封装到批处理索引。 参数:

  • sampler (sampler) - 基本采样
  • batch_size (int) - 批大小
  • drop_last (bool) - 是否删掉最后的批次

weightedRandomSampler

class torch.utils.data.WeightedRandomSampler(weights, num_samples, replacement=True)

样本元素来自0,…,len(weights)-1, 给定概率(权重)。 参数:

  • weights (list) - 权重列表。不需要加起来为1
  • num_samplers (int) - 要采样数目
  • replacement (bool) -

1.4 Distributed

DistributedSampler

class torch.utils.data.distributed.DistributedSampler(dataset, num_replicas=None, rank=None)

????没读呢

1.5 其它链接

  1. PyTorch源码解读之torch.utils.data.DataLoader

2 torchvision

计算机视觉用到的库,文档以及码源如下:

  1. torchvision documentation
  2. torchvision 其库主要包含一下内容:
  3. torchvision.datasets
    • MNIST
    • Fashion-MNIST
    • EMNIST
    • COCO
    • LSUN
    • ImageFolder
    • DatasetFolder
    • Imagenet-12
    • CIFAR
    • STL10
    • SVHN
    • Photo Tour
    • SBU
    • Flickr
    • VOC
  4. torchvision.models
    • Alexnet
    • VGG
    • ResNet
    • SqueezeNet
    • DenseNet
    • Inception v3
  5. torchvision.transforms
    • Transforms on PIL Image
    • Transfroms on torch.* Tensor
    • Conversion Transforms
    • Generic Transforms
    • Functional Transforms
  6. torchvision.utils

3 应用

3.1 init

具有一下图像数据如下表示:

  • train
    • normal
      • 1.png
      • 2.png
      • 8000.png
    • tumor
      • 1.png
      • 2.png
      • 8000.png
  • validation
    • normal
      • 1.png
    • tumor
      • 1.png

希望能够训练模型,使得能够识别tumor, normal两类,将tumor–>1, normal–>0。

3.2 数据读取

在PyTorch中数据的读取借口需要经过,Dataset和DatasetLoader (DatasetloaderIter)。下面就此分别介绍。

Dataset

首先导入必要的包。

import os

import numpy as np
from torch.utils.data import Dataset
from PIL import Image

np.random.seed(0)

其次定义MyDataset类,为了代码整洁精简,将不必要的操作全删,e.g. 图像剪切等。

class MyDataset(Dataset):
	
	def __init__(self, root, size=229, ):
		"""
		Initialize the data producer
		"""
		self._root = root
		self._size = size
		self._num_image = len(os.listdir(root))
		self._img_name = os.listdir(root)
	
	def __len__(self):
		return self._num_image
		
	def __getitem__(self, index):
		img = Image.open(os.path.join(self._root, self._img_name[index]))
		
		# PIF image: H × W × C
		# torch image: C × H × W
		img = np.array(img, dtype-np.float32).transpose((2, 0, 1))
		
		return img
DataLoader

将MyDataset封装到loader器中。

from torch.utils.data import DataLoader

# 实例化MyData
dataset_tumor_train = MyDataset(root=/img/train/tumor/)
dataset_normal_train = MyDataset(root=/img/train/normal/)
dataset_tumor_validation = MyDataset(root=/img/validation/tumor/)
dataset_normal_validation = MyDataset(root=/img/validation/normal/)

# 封装到loader
dataloader_tumor_train = DataLoader(dataset_tumor_train, batch_size=10)
dataloader_normal_train = DataLoader(dataset_normal_train, batch_size=10)
dataloader_tumor_validation = DataLoader(dataset_tumor_validation, batch_size=10)
dataloader_normal_validation = DataLoader(dataset_normal_validation, batch_size=10)

3.3 train_epoch

简单将数据流接口与训练连接起来

def train_epoch(model, loss_fn, optimizer, dataloader_tumor, dataloader_normal):
	model.train()
	
	# 由于tumor图像和normal图像一样多,所以将tumor,normal连接起来,steps=len(tumor_loader)=len(normal_loader)
	steps = len(dataloader_tumor)
	batch_size = dataloader_tumor.batch_size
	dataiter_tumor = iter(dataloader_tumor)
	dataiter_normal = iter(dataloader_normal)
	
	for step in range(steps):
		data_tumor = next(dataiter_tumor)
		target_tumor = [1, 1,..,1] # 和data_tumor长度相同的tensor
		data_tumor = Variable(data_tumor.cuda(async=True))
		target_tumor = Variable(target_tumor.cuda(async=True))
		 
		data_normal = next(dataiter_normal)
		target_normal = [0, 0,..,0] # 
		data_normal = Variable(data_normal.cuda(async=True))
		target_normal = Variable(target_normal.cuda(async=True))
		
		idx_rand = Variable(torch.randperm(batch_size*2).cuda(async=True))
		
		data = torch.cat([data_tumor, data_normal])[idx_rand]
		target = torch.cat([target_tumor, target_normal])[idx_rand]
		output = model(data)
		loss = loss_fn(output, target)
		
		optimizer.zero_grad()
		loss.backward()
		optimizer.step()
		
		probs = output.sigmoid()

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  • 1 PyTorch数据预处理以及源码分析 (torch.utils.data)
    • 1.1 Dataset
      • Dataset
      • TensorDataset
      • ConcatDateset
      • Subset
      • random_split
    • 1.2 DataLoader
      • DataLoader
      • DataLoaderIter
    • 1.3 sampler
      • Sampler
      • SequentialSampler
      • RandomSampler
      • SubsetRandomSampler
      • BatchSampler
      • weightedRandomSampler
    • 1.4 Distributed
      • DistributedSampler
    • 1.5 其它链接
      • 3.1 init
      • 3.2 数据读取
      • 3.3 train_epoch
  • 2 torchvision
  • 3 应用
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